MAGNETISMO - INDUCCIÓN

ELECTROMAGNÉTICA

FÍSICA 2º Bachillerato

IMANES

• Magnetismo conocido desde la antigüedad: Magnesia (Asia Menor)-Magnetita, imán natural.• El hierro, el cobalto y el níquel, pueden adquirir el magnetismo de una manera artificial. A estos cuerpos se les da el nombre de imanes artificiales.• Todo imán, natural o artificial, presenta la máxima atracción magnética en los extremos que reciben el nombre de polos magnéticos. Entre los polos existe una zona neutra en donde el imán no ejerce ninguna atracción.• Un imán se orienta según los polos geográficos de la Tierra, que es un imán natural.

CM terrestre

CAMPO MAGNÉTICO vs CAMPO ELÉCTRICO/GRAVITATORIO

• La fuerza ejercida entre dos imanes, al igual que la fuerza ejercida entre cargas en reposo o la fuerza gravitatoria, varía con el cuadrado de la distancia que separa ambos imanes.• Existencia de polos de diferente signo. ¿Será la fuerza magnética similar a la magnética?• Problema insalvable: no se pueden obtener polos magnéticos aislados, cosa que sí ocurre con las cargas eléctricas, que pueden ser positivas o negativas y pueden aislarse.• El campo magnético, al igual que los campos eléctrico y gravitatorio, se representa gráficamente mediante las líneas de campo que, en este caso reciben el nombre de líneas de inducción magnética. La dirección del campo es tangente en cada punto a las líneas de inducción. • La fuerza magnética no es tangente a las líneas de inducción o de CM. Las fuerza eléctrica y gravitatoria, sí

RELACIÓN ENTRE CAMPO MAGNÉTICO Y CAMPO ELÉCTRICO

EXPERIENCIA DE OERSTEDUna corriente eléctrica es capaz de generar un CM (1820)

AMPÈRE • Aporta la idea de que el magnetismo natural puede estar producido por pequeñas corrientes a nivel atómico/molecular.• Fuerzas entre hilos conductores (electrodinámica) definición de amperio

RELACIÓN ENTRE CAMPO MAGNÉTICO Y CAMPO ELÉCTRICO

M. FARADAY observó el efecto contrario: se pueden crear corrientes eléctricas a partir de variaciones de campo magnético, o en otras palabras, campos magnéticos variables crean campos eléctricos. (1831)

MAXWELL en la década de 1860, indica la posibilidad de crear campos magnéticos a partir de campos eléctricos variables.

La interacción eléctrica y magnética están íntimamente relacionadas, siendo en realidad dos aspectos diferentes derivados de una propiedad de la materia, la carga eléctrica.

FUERZA MAGNÉTICA SOBRE UNA CARAGA ELÉCTRICA:

LEY DE LORENTZ

• Efecto de un CM sobre una carga: deducción operacional de la ley de Lorentz (documento que os entregué)

•Deducción del sentido de la fuerza de Lorentz con la regla de la mano izquierda:

• Deducción razonada del radio de la trayectoria circular descrita por una partícula cargada que entra en un CM uniforme.

B q

vm R

APLICACIÓN DE LA LEY DE LORENTZ: ESPECTRÓMETRO DE MASAS

B q

vm R

APLICACIÓN DE LA LEY DE LORENTZ:CICLOTRÓN

CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CORRIENTE RECTILÍNEA INDEFINIDA

•Todas las líneas de fuerza del campo magnético son circunferencias situadas en planos perpendiculares al conductor y con centro en él.

•El vector campo es tangente en cada punto a la línea de fuerza, además de ser perpendicular al plano determinado por el punto P y el hilo conductor.

•El módulo del campo magnético creado en un punto P, situado a una distancia r de la línea de corriente resulta ser:

REGLA DE LA MANO DERECHA

Donde

µ permeabilidad magnética del medio (µo en el vacío, 4π·10-7 T·m·A-1

)

I intensidad de corriente

a distancia al hilo conductor

INDUCCIÓN MAGNÉTICA EN EL CENTRO DE UNA ESPIRA

•Los dedos señalan el sentido de la corriente en la espira (o en la bobina en su caso).

•El pulgar indica el sentido de vector B.

•El módulo de B

r

I

2B

Donde

µ permeabilidad magnética del medio (µo en el vacío, 4π·10-7 T·m·A-1

)

I intensidad de corriente

r radio de la espira

CAMPO MAGNÉTICO EN EL INTERIOR DE UNA BOBINA O SOLENOIDE

El campo es uniforme en el interior del solenoide (menos en sus extremos).·Las líneas de campo tienen el sentido dado por la regla de la mano derecha.·El valor del módulo del campo:

Donde

N nº de espiras

µ permeabilidad magnética del medio (µo en el vacío, 4π·10-7 T·m·A-1

)

I intensidad de corriente

L longitud de la bobina o solenoide

FUERZA DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UN CONDUCTOR RECTILÍNEO

Recordad: I = q/t

: velocidad de las cargas en el conductor

: vector desplazamiento de esas cargas

en un tiempo dt (elemento de corriente).

: Vector de módulo l (longitud del conductor) y

dirección y sentido los de la intensidad de

corriente.

Apliquemos la ley de Lorentz:

Donde

Módulo

Direccción perpendicular a y

Sentido regla de la mano izquierda

ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA ESPIRA

Aplicación: Galvanómetro

Aplicación: motor

FUERZA MAGNÉTICA ENTRE CONDUCTORES

I1 I2

Línea del CM de la corriente I1 en la posición del conductor 2.Línea del CM de la corriente I2 en la posición del conductor 1.

X

X: B1 : B2

F2,1

F1,2

F2,1 = - F1,2

FUERZA MAGNÉTICA ENTRE CONDUCTORES (desde otra perspectiva)

I1

X

I2

B2 B1

F1,2F2,1

X: Conductor 1 con intensidad de corriente perpendicular al papel hacia dentro.

Conductor 2 con intensidad de corriente perpendicular al papel hacia fuera.

Línea del CM de la corriente I1 en la posición del conductor 2.

Línea del CM de la corriente I2 en la posición del conductor 1.

El resto, igual que que en la diapositiva anterior.

F2,1 = - F1,2

FLUJO MAGNÉTCIO A TRAVÉS DE UNA ESPIRA

Φ = B·S Φ = 0 Φ = - B·S

Φ = B·SΦ = 0

VISUALIZAR CÓMO VARÍA EL FLUJO

LEY DE LENZ: sentido de la corriente inducida (1)

Al acercar el imán, el flujo aumenta en el circuito la corriente inducida intenta disminuirlo generando un campo en sentido contrario al inductor

Líneas de CM al acercar el imán: a medida que se acerca el nº de “puntitos” (líneas de inducción que atraviesan la espira) va aumentando

LEY DE LENZ: sentido de la corriente inducida (2)

Al alejar el imán, el flujo disminuye en el circuito la corriente inducida intenta aumentarlo generando un campo del mismo sentido que el del inductor

Líneas de CM al alejar el imán: a medida que se aleja, el nº de “puntitos” (líneas de inducción que atraviesan la espira) va disminuyendo.

¿Y si acercamos el imán por el mismo polo, pero por el otro lado de la espira?

¿Y si acercamos el polo sur? SELCT-16 a)

CORRIENTE INDUCIDA EN UNA ESPIRA POR UNA CORRIENTE RECTILÍNEA (Select – 19a)

¿Cuándo se induce la corriente?

Cerramos el circuito Abrimos el circuito

x: B generado por el hilo conductor B generado por la corriente inducida

ESPIRA MOVIÉNDOSE EN UN C.M.UNIFORME(Select – 16b-similar)

Mientras la espira está entrando en el campo magnético, el flujo que la atraviesa (X) aumenta gradualmente (la superficie de la misma que es atravesada por el flujo aumenta). Según la ley de Lenz, en la espira se generaría una corriente tal que crearía un CM cuyo flujo( ) se opusiera a (X). Para ello, el sentido de la corriente inducida debería ser el indicado en el equema (regla de la mano derecha)

El flujo magnético sigue aumentando, la corriente inducida aumenta.

ESPIRA MOVIÉNDOSE EN UN C.M.UNIFORME(Select – 16b-similar)

Mientras la espira esté totalmente en el interior del campo, el flujo magnético que la atraviesa no varía y, por lo tanto, no hay corriente inducida.

ESPIRA MOVIÉNDOSE EN UN C.M.UNIFORME(Select – 16b-similar)

Sigue sin variar el flujo que atraviesa la espira no hay corriente inducida

ESPIRA MOVIÉNDOSE EN UN C.M.UNIFORME(Select – 16b-similar)

Ahora ocurre un proceso contrario a lo que ocurría al entrar la espira en el CM. La consecuencia es que la corriente inducida tiene sentido contrario al anterior.

ESPIRA MOVIÉNDOSE EN UN C.M.UNIFORME(Select – 16b-similar)

ESPIRA MOVIÉNDOSE EN UN C.M.UNIFORME(Select – 16b-similar)

DINAMO

TRANSFORMADOR DE TENSIÓN

Si P1 = P2

Conclusiones:•Si hay más espiras en el circuito secundario (N2 > N1), aumenta la tensión, pero disminuye la intensidad.

•Si hay más espiras en el circuito primario (N1 > N2), disminuye la tensión, pero aumenta la intensidad.